專利名稱：鉆井參數(shù)采集及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井參數(shù)采集及處理方法，屬于石油鉆探現(xiàn)場信息處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種對鉆井生產(chǎn)過程中鉆井參數(shù)進行實時監(jiān)測與控制的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，對鉆井生產(chǎn)過程中鉆井參數(shù)的實時監(jiān)測，一般由一次儀表采集數(shù)據(jù)，用二次儀表進行顯示。一次儀表即傳感器組，包括絞車傳感器、大鉤負荷傳感器、立管壓力傳感器、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器、泵沖傳感器、扭矩傳感器及體積傳感器等，二次儀表為機械裝置的儀表，如壓力表等，其工作流程為傳感器拾取信號、信號轉(zhuǎn)換、二次儀表顯示。這些方法存在以下缺陷(1)顯示參數(shù)少，精度低，操作人員可用信息少，不能滿足指導(dǎo)現(xiàn)場施工的需要；(2)無法實現(xiàn)遠程監(jiān)測與控制。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中顯示參數(shù)少，精度低的缺陷，設(shè)計一種石油鉆井現(xiàn)場施工過程中對鉆井參數(shù)進行采集和處理的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法通過以下步驟實現(xiàn)1、信號拾取系統(tǒng)由一組傳感器組成，包括模擬量和數(shù)字量兩種，信號拾取系統(tǒng)將所需拾取的鉆井參數(shù)信號通過信號總線連接到信號隔離與轉(zhuǎn)換裝置；2、隔離與轉(zhuǎn)換裝置為標準的隔離模塊，包括模擬量和數(shù)字量兩種，其中模擬量隔離模塊將模擬量傳感器組傳送的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送到信號處理裝置的A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)字量隔離模塊將數(shù)字量傳感器組傳送的TTL電平信號隔離后送到信號處理裝置A/D轉(zhuǎn)換器的計數(shù)通道；3、信號處理裝置為一套計算機系統(tǒng)，接收A/D轉(zhuǎn)換器處理的可識別的數(shù)字信號，并進行處理、計算和顯示、存儲。
本發(fā)明對傳感器組拾取的信號進行隔離和轉(zhuǎn)換后，形成計算機可處理的數(shù)字信號，可計算派生參數(shù)上百個，且鉆井數(shù)據(jù)界面采用可視化設(shè)計，即可多畫面顯示鉆井生產(chǎn)過程中所需的不同參數(shù)，又可進行參數(shù)組合選擇，同時還可有效利用計算機資源，實現(xiàn)了分布式處理，實時監(jiān)控系統(tǒng)使操作人員可以準確掌握鉆井過程中的各種信息，并以有線或無線方式，采用遠程自動化技術(shù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)測與控制，為鉆井現(xiàn)場決策提供依據(jù)，保證了安全、優(yōu)質(zhì)的鉆井生產(chǎn)。
附圖及簡要說明六具體實施例方式

圖1本發(fā)明方法步驟示意圖；其中圖2本發(fā)明模擬量信號采集與處理接線圖；
圖3本發(fā)明絞車信號采集與處理接線圖；圖4本發(fā)明中轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/泵沖信號采集與處理接線圖。
其中1信號拾取系統(tǒng) 2接線箱 3防爆箱 4信號隔離與轉(zhuǎn)換裝置 5信號處理裝置 6防爆顯示器 7遠程監(jiān)控機 8模擬量傳感器 9AM-T-14P/U5模擬量隔離模塊 10電源模塊 11A/D轉(zhuǎn)換器 12采集服務(wù)器底層 13采集服務(wù)器主臺 14絞車傳感器 15BEI EM-DRI-IS-5-RTB-7272-24V/V數(shù)字量隔離模塊16A/D轉(zhuǎn)換器計數(shù)通道 17轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/泵沖傳感器 18AM-TU/D-4數(shù)字量隔離模塊。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述由圖1可知，本發(fā)明方法通過以下步驟實現(xiàn)1、信號拾取系統(tǒng)(1)由一組傳感器組成，包括模擬量和數(shù)字量兩種，信號拾取系統(tǒng)(1)將所需拾取的鉆井參數(shù)信號通過接線箱(2)信號總線連接到信號隔離與轉(zhuǎn)換裝置(4)；2、隔離與轉(zhuǎn)換裝置(4)為標準的隔離模塊，包括模擬量和數(shù)字量兩種，其中模擬量隔離模塊將模擬量傳感器組傳送的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送到信號處理裝置(5)的A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)字量隔離模塊將數(shù)字量傳感器組傳送的TTL電平信號隔離后送到信號處理裝置(5)A/D轉(zhuǎn)換器的計數(shù)通道；3、信號處理裝置(5)為一套計算機系統(tǒng)，接收A/D轉(zhuǎn)換器處理的可識別的數(shù)字信號，并進行處理、計算和顯示、存儲。
隔離與轉(zhuǎn)換裝置(4)、信號處理裝置(5)安裝在同一防爆箱(3)內(nèi)，觸摸屏位于防爆箱(3)的前面板端，防爆顯示器(6)安裝在司鉆工作區(qū)域。
遠程監(jiān)控機(7)可以是多個遠程終端，又可以和信號處理裝置(5)同屬于一臺計算機的服務(wù)器。
圖2為本發(fā)明模擬量信號采集與處理接線圖。模擬量傳感器(8)包括體積、大鉤負荷、立管壓力、轉(zhuǎn)盤扭矩、出口流量、硫化氫傳感器，該組傳感器為標準的兩線制，所有模擬量傳感器(8)都是二線制傳感器，一端為+24V電源，另一端為4-20mA電流信號。模擬量傳感器(8)把拾取的信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴实?～20mA電流信號送往型號為AM-T-14P/U5的模擬量隔離模塊(9)，將4～20mA信號統(tǒng)一變換為0～5V的電壓信號送往A/D變換器(11)供信號處理裝置(5)的采集服務(wù)器底層(12)采集處理，最后由信號處理裝置(5)的采集服務(wù)器主臺(13)轉(zhuǎn)換為各自的物理量參數(shù)。
本發(fā)明有2塊A/D變換器，共有32路通道，每個傳感器均有自己獨立的信號通道。A/D變換器(11)輸入為電壓信號，輸出為二進制代碼，由采集服務(wù)器主臺(13)進行如下運算
對12位的A/D來說，這個二進制數(shù)的長度為12位，對于滿量程+5V，12位全為1的D值為4095，0～5V電壓范圍D值表示可用下式來計算D值＝4095*VI/5V(VI為實測電壓值，單位V)對4mA(對應(yīng)于物理量的0)、20mA(對應(yīng)于物理量的最大值)進行標定，便可得到一條標定曲線。這樣對采樣來的任意D值按該曲線即可反算出相應(yīng)物理量值。例如立管壓力傳感器為一模擬量傳感器，輸出信號為4-20mA，經(jīng)模擬量隔離模塊(9)、A/D轉(zhuǎn)換器(11)送到信號處理裝置(5)采集服務(wù)器底層(12)，采集范圍為0-5V，對應(yīng)于物理量的0-50MPa。假設(shè)采集服務(wù)器采集的立管壓力通道D值為2000，則由信號處理裝置(5)的采集服務(wù)器主臺(13)計算其電壓值為VI＝D*5V/4095＝2000*5/4095＝2.44V因此對應(yīng)的立管壓力物理量應(yīng)為立管壓力(MPa)＝(2.44V/5V)*50MPa＝24.4MPa附圖3為本發(fā)明絞車信號采集與處理接線圖，如圖3所示，絞車傳感器(14)為四線制傳感器，其電源端V+、V-及兩路信號A、B分別接到型號為BEIEM-DRI-IS-5-RTB-7272-24V/V隔離模塊(15)的對應(yīng)端上，電源模塊(10)提供所需電源，隔離模塊(15)將絞車傳感器(14)送來的兩組信號轉(zhuǎn)換為電平信號，送到A/D轉(zhuǎn)換器(16)的計數(shù)通道，然后由采集服務(wù)器底層(12)采集，并最終由采集服務(wù)器主臺(13)計算、處理為大鉤高度位移量，從而得到鉆頭位置、井深及其他派生參數(shù)。
絞車傳感器(14)安裝在絞車滾筒軸上，絞車滾筒轉(zhuǎn)動時，傳感器(14)的輸出端就得到具有90°相位差的兩組脈沖信號，它代表絞車滾筒的角位移。絞車滾筒轉(zhuǎn)動一圈，傳感器輸出24個脈沖信號。利用絞車傳感器(14)將滾筒轉(zhuǎn)動的角度變換為脈沖的數(shù)量，由隔離模塊(15)把從絞車傳感器(14)得到的兩路相位相差90度的脈沖分離為記數(shù)脈沖和方向控制電平(即上行和下行)，記錄絞車滾筒轉(zhuǎn)動的過程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換記數(shù)通道，將采集的脈沖信號送到信號處理裝置(5)的采集服務(wù)器底層(12)，由采集服務(wù)器主臺(13)，進行計算處理。計算過程如下確定滾筒上各層結(jié)束時脈沖總數(shù)，并用采集來的脈沖總數(shù)相比較，確定現(xiàn)在滾筒上最外層的層數(shù)，根據(jù)層數(shù)的判斷結(jié)果，將脈沖總數(shù)換算為大鉤的現(xiàn)在高度。根據(jù)兩次采集大鉤高度的變化量，可以計算出井深和鉆頭位置。
計算公式每當絞車滾筒轉(zhuǎn)動一圈，則大鉤移動距離為Hx=π×DxM---(1)]]>式中Hx--大鉤移動距離(cm)Dx--某層實際纏繞直徑(cm)M--天車變速比(大繩股數(shù))設(shè)絞車傳感器每轉(zhuǎn)動360度，鑒相器能輸出n個脈沖，則大鉤移動距離與脈沖數(shù)的關(guān)系如下Kx=nHx---(2)]]>(1)與(2)綜合得Kx=M×nπ×Dx---(3)]]>式中Kx為在某一層數(shù)，大鉤移動1厘米，鑒相器輸出的脈沖數(shù)。
在實際使用時，滾筒上大繩每增加一層，相當于滾筒實際纏繞直徑增量ΔD。如圖5由圖可知ΔD=2d2-(d2)2=3d]]>式中d為大繩直徑；當大鉤從0升到最高點，滾筒上大繩要從第一層纏繞到第五層。其對應(yīng)實際纏繞直徑則為D1＝D0+dD2=D1+3d]]>D3=D2+3d]]>D4=D3+3d]]>D5=D4+3d]]>其中D0為絞車滾簡直徑，因此，有對應(yīng)于1到5層的Kx系數(shù)K1=M×nπ×D1]]>K2=M×nπ×D2]]>K3=M×nπ×D2]]>K4=M×nπ×D4]]>K5=M×nπ×D5]]>
由于在纏繞鋼絲繩時，滾筒第一層，總是預(yù)先纏繞若干圈，用以確保安全。即在大鉤高度等于零時，滾筒上還剩余一定圈數(shù)的鋼絲繩，我們把這些鋼絲繩定義為T，這些鋼絲繩在滾筒轉(zhuǎn)動時，始終不會產(chǎn)生脈沖數(shù)。
(1)每層(一整層)所能發(fā)出的脈沖數(shù)K0=INT(Ld+0.5)×n]]>其中K0為一整層所發(fā)脈沖數(shù)L為滾筒長度n為滾筒每轉(zhuǎn)動一周鑒相器輸出的脈沖數(shù)d為大繩直徑INT()為取整函數(shù)(2)第一層未發(fā)出的脈沖數(shù)K6＝T×n式中K6為第一層未發(fā)出脈沖T為大鉤高度為零時滾筒上剩余大繩圈數(shù)n為滾筒每轉(zhuǎn)動一周鑒相器輸出的脈沖數(shù)(3)當每一層結(jié)束時，所發(fā)脈沖數(shù)為NN1＝K0-K6N2＝K0+N1N3＝K0+N2N4＝K0+N3N5＝K0+N5(4)判斷層變判斷層位層序，即采集現(xiàn)在的脈沖總數(shù)(即16位計數(shù)值)與N1到N5相比較看其落在那兩個值之間，即可判斷在那一層中。
根據(jù)現(xiàn)在的層位，我們可以求出脈沖總數(shù)對應(yīng)的大鉤高度。
(1)每層結(jié)束時大鉤高度HH1=N1K1]]>H2=H1+K0K2]]>H3=H2+K0K3]]>H4=H3+K0K4]]>H5=H4+K0K5]]>其中H1-H5為每層結(jié)束時的大鉤高度。(2)在某一層脈沖數(shù)所對應(yīng)的大鉤高度當層數(shù)已經(jīng)確定，在某一具體層位，脈沖所對應(yīng)的大鉤高度為第一層H=XK1]]>第二層H=H1+X-N1Kz]]>第三層H=H2+x-NzK3]]>第四層H=H3+X-N3K4]]>第五層H=H4+X-N4K5]]>其中H為現(xiàn)在大鉤高度，單位cmX為采集所得16位計數(shù)器中的脈沖總數(shù)。
(3)由于所用單位為米，而上述式中H的單位為厘米，要經(jīng)轉(zhuǎn)換才能輸出，同時任何深度系統(tǒng)都有一定的系統(tǒng)誤差，要求隨時都能校正，因此可得Hm=B×INT(H)100]]>式中Hm為校正后大鉤高度，單位米B為系統(tǒng)校正系數(shù)。
每次采集都能算出大鉤高度為Hm，若上次采集所得大鉤高度為Hm1，則有位移量Lo＝Hm-Hm1其中Io為兩次采集大鉤高度位移變化量。
1.若Lo＞0，則表示上行鉆頭位置＝上次鉆位-Lo 井深不變2.若Lo＝0，則表示沒有位移，井深和鉆頭位置都不變
3.若Lo＜0，則表示下行(1)當鉆頭位置等于井深時井深＝上次井深+ABS(Lo) 鉆位＝井深(2)當鉆頭位置不等于井深時鉆頭位置＝上次鉆位+ABS(Lo) 井深不變式中，ABS()為絕對值函數(shù)至此為止，我們已經(jīng)能夠把滾筒的轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)變成鉆頭位置和井深了，完成了深度的變送。
圖4為本發(fā)明中轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/泵沖信號采集與處理接線圖。由圖4可知泵沖和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器(17)使用同一種兩線制傳感器，包括三個泵沖傳感器和一個轉(zhuǎn)速傳感器，隔離模塊(18)是一塊型號為AM-T-U/D-4數(shù)字量調(diào)理端口板，集成了1號泵沖，2號泵沖，3號泵沖及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速4路相同傳感器(17)的信號處理，其作用是將傳感器信號歸整為0-5VTTL電平信號，送到A/D采集卡計數(shù)通道(16)計數(shù)，然后送到采集服務(wù)器底層(12)采集，最終由采集服務(wù)器主臺(13)進行計算處理。
鉆井液泵動作一次(或者轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一圈)，則在傳感器(17)上產(chǎn)生一次電平信號的高低變化，計算機通過A/D變換器的計數(shù)通道(16)采集這種變化，從而計算出每分鐘的泵沖數(shù)和轉(zhuǎn)速。
本系統(tǒng)使用遠程自動化技術(shù)，基于TCP/IP協(xié)議或網(wǎng)絡(luò)支持的其他協(xié)議，采用分布式處理技術(shù)，在石油鉆探現(xiàn)場信息處理技術(shù)領(lǐng)域引入采集服務(wù)器和遠程終端的概念。采集服務(wù)器底層(12)為公共接口部分，安裝在采集與處理計算機上，負責(zé)采集原始信號，通過網(wǎng)線發(fā)送到遠程主機進行計算、處理。遠程主機可以與采集服務(wù)器同屬一臺計算機，又可以為任何一臺遠程終端，它將處理后的信息發(fā)送回公共接口部分，然后由公共接口部分通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到各遠程終端。各遠程終端接收公共接口部分(底層)發(fā)布的信息，又可將自己的信息通過公共接口部分發(fā)布給其它遠程終端。
權(quán)利要求
1.一種鉆井參數(shù)采集及處理方法，包括鉆井參數(shù)采集數(shù)據(jù)、處理和顯示等步驟，其特征在于(一)、信號拾取系統(tǒng)(1)由一組傳感器組成，包括模擬量和數(shù)字量兩種，信號拾取系統(tǒng)(1)將所需拾取的鉆井參數(shù)信號通過接線箱(2)信號總線連接到信號隔離與轉(zhuǎn)換裝置(4)；(二)、隔離與轉(zhuǎn)換裝置(4)為標準的隔離模塊，包括模擬量和數(shù)字量兩種，其中模擬量隔離模塊將模擬量傳感器組傳送的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送到信號處理裝置(5)的A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)字量隔離模塊將數(shù)字量傳感器組傳送的TTL電平信號隔離后送到信號處理裝置(5)A/D轉(zhuǎn)換器的計數(shù)通道；(三)、信號處理裝置(5)為一套計算機系統(tǒng)，接收A/D轉(zhuǎn)換器處理的可識別的數(shù)字信號，并進行處理、計算和顯示、存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井參數(shù)采集及處理方法，其特征在于隔離與轉(zhuǎn)換裝置(4)、信號處理裝置(5)安裝在同一防爆箱(3)內(nèi)，觸摸屏位于防爆箱(3)的前面板端，防爆顯示器(6)安裝在司鉆工作區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆井參數(shù)采集及處理方法，其特征在于信號處理裝置(5)可以是一臺計算機服務(wù)器，還可以連接多個遠程終端或監(jiān)控機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆井參數(shù)采集及處理方法，是通過信號拾取系統(tǒng)將所需拾取的鉆井參數(shù)信號通過接線箱的信號總線連接到信號隔離與轉(zhuǎn)換裝置，經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換后送到信號處理裝置進行處理、計算和顯示、存儲，可計算派生參數(shù)上百個，且鉆井數(shù)據(jù)界面采用可視化設(shè)計，即可多畫面顯示鉆井生產(chǎn)過程中所需的不同參數(shù)，又可進行參數(shù)組合選擇，同時還可有效利用計算機資源進行實時監(jiān)控系統(tǒng)，使操作人員可以準確掌握鉆井過程中的各種信息，并采用遠程自動化技術(shù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)測與控制，為鉆井現(xiàn)場決策提供依據(jù)，保證了安全、優(yōu)質(zhì)的鉆井生產(chǎn)。
文檔編號E21B44/00GK1475653SQ02128739
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者華學(xué)理, 孫清德, 楊凌照, 禹榮, 王佑寧, 張德安 申請人:中國石化集團中原石油勘探局